1.概况
红河大桥位于云南省元江县城西北,是国道213线元江~磨黑高速公路上的一座特大型桥梁。
图1 红河大桥
红河大桥为跨径58+182+265+194+70m的5跨不等跨连续刚构桥,桥梁总长801m。平面第一跨中的56.66 m位于半径800 m、转角14º51’25”的缓和曲线内,其余各跨均位于直线上。
桥位地处亚热带季风地区,日温差变化大,雨量充沛。年平均气温16.5℃~21.5℃。元江无通航要求,水位不控制设计。
(1)主要技术标准
公路等级:高速公路
设计车速:60km/h
桥梁宽度:采用整体式桥梁设计,总宽22.5m
(2)荷载标准
设计荷载:汽车-超20级,挂车-120
设计风速:采用历年10分钟平均最大风速22m/s
设计洪水频率:300年一遇
地震烈度:按7度设防
2.桥梁结构
(1)桥梁总体布置
红河大桥跨越V形深谷,谷深170多m,采用主跨为265m的5跨不等跨的连续刚构(见图2)。本桥基层为微风化板岩,桥台和1、4号边墩采用扩大基础,2、3号中墩采用群桩基础,承台下设20根直径2m桩。
图2 桥型总体布置图 (单位:标注cm,标高m)
(2)箱梁构造
本桥箱梁采用直腹板单箱单室结构,结构轻巧,美观。各控制断面尺寸见图3。2、3号主墩单“T”箱梁梁高采用1.5次抛物线变化,其余主梁梁高采用2次抛物线。底板厚度均采用2次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用40、50、60cm三个标准梯度变化,仅在边跨梁端和主梁零号块稍有加厚。本桥2、3号墩顶梁高为14.5m,高跨比为1/18.3;根部底板厚度为130cm,底板厚跨比为1/127;根部腹板厚度为60cm, 腹板厚跨比为1/442;跨中腹板厚度仅为40cm;箱梁顶板横向悬臂长度最长达到5.5m。在次边跨和中跨合拢段位置各设置两道厚40cm的横隔板。
图3 箱梁各控制断面尺寸 (单位:cm)
(3)桥墩
本桥主墩均采用双柱式薄壁墩身,墩身外轮廓为矩形,墩身横桥向宽度与箱底同宽,即11.5m。各墩尺寸见图4。
图4 各桥墩断面 (单位:cm)
桥台为重力式桥台。
(4)箱梁预应力布置
箱梁为三向预应力混凝土结构。本桥预应力设置的特点在于纵向预应力只有顶板束、中跨底板束、边跨底板束,而且钢束均设置平弯;同时只有边跨底板束在梁端一定范围内设置竖弯。
纵向预应力
采用真空辅助吸浆新工艺来克服预应力钢束管道过长引起的孔道压浆困难。为防止箱梁张拉纵向预应力引起悬臂端部拉应力过大,悬臂端出现顺桥向裂缝,在距箱梁悬臂端部1.5m处增加单根钢绞线,在每个块件纵向预应力张拉到50%时张拉该根钢绞线至196kN,锚头采用单孔可张拉连接器,下一块件浇注前采用连接器接长。
图5 大吨位锚具
(5)主梁施工和施工控制
本桥箱梁采用悬臂浇注施工,先合拢边跨,边跨合拢前后对梁端加卸载,改善边墩的受力状况,再合拢两个次边跨(二、四跨),最后合拢中跨,次边跨及中跨合拢前分别对主梁施加了2000kN和3000kN的水平顶推力,施工过程中对全桥各施工阶段实施了监控,最终合拢时,主梁梁体应力、标高与设计值吻合良好。
3.主要技术特点和创新
(1)大、高、长
本桥主跨265m,主跨长度居当时国内已建成的连续刚构第二位。2、3号主墩高度均超过100m,其中3号墩高达121.5m,经检索查询为当时混凝土连续刚构桥型桥墩最高者。长,指桥长,连续长度为769m。
(2)墩身内力调整
本桥有4个桥墩,最高3号墩高121.5m,最矮1号墩高21.85m,矮墩分配到的温度水平力和制动力比较大,因此采取以下两种施工方法来改善桥墩的这种受力不均匀现象:
图6 桥墩高度相差较大
①边跨合拢前加载,合拢后卸载
当悬臂浇注完成后,在悬臂端施加了1000kN的压重,然后浇注边跨合拢段,张拉边跨底板钢束,最后拆除等量压重,这种办法可有效改善1号墩的墩顶轴力,使两墩墩顶轴力相差较小。
②次边跨、中跨合拢前对主梁进行顶推
在次边跨合拢前,对主梁施加2000kN的顶推力,焊接劲性骨架,然后次边跨合拢将顶推力永久保存在主梁里,最后张拉次边跨底板钢束。在中跨合拢前,对主梁施加3000kN的顶推力,中跨合拢。这样,对改善1号桥墩的墩顶弯矩效果显著,而且有助于防止主跨梁的下挠。
(3)箱梁悬臂较长
本桥采用整体式箱梁,箱梁采用单箱单室,使得箱梁的箱宽和悬臂均较大,本桥箱宽11.5m,一侧悬臂长5.5m,为本桥的一个特色。
图7 长悬臂箱梁
(4)构造上的几点处理特点
① 跨中合拢段设置横隔板
本桥由于中跨跨径较大,中跨跨中底板钢束较多,纵向预应力沿底板曲线布置,对底板产生径向分力,对于跨中附近只有32cm厚的底板来说,要承受一定长度范围内的径向力,是比较困难的。跨中设置横隔板后,由于横隔板的强大作用,在距离跨中一定范围内径向力将被横隔板平衡,对底板非常有利。
② 设置径向力平衡钢筋
为了防止由于底板受到纵向钢束的径向力作用而产生劈裂,按计算要求在底板内设置径向力平衡钢筋,即采用“[”型钢筋将底板上下横筋框住。使底板上、下缘整体受力。
③ 高墩设置横隔板
2、3号桥墩高度均在100m以上,其中2号墩高102.8m,3号墩高121.5m。为了增强2、3号桥墩的稳定性,在两片墩中间沿墩高等间距设置了两道横系板。
红河大桥2006年获得云南省优秀设计一等奖。
图8 高墩设置横系板
4.有关资料
桥名:云南红河大桥
桥型:预应力混凝土连续刚构
跨径:58+182+265+194+70m
设计单位:云南省公路规划勘察设计院 北京建达道桥咨询有限公司
施工单位:中港第二航务工程局
混凝土用量:47312 m3
钢材用量:11600t
造 价:1.1亿
建成日期:2003年5月